[发明专利]用于生物酶固定化的磁性聚合物微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生物酶固定化的磁性聚合物微球及其制备方法，具体地说，用反相悬浮聚合技术制备了粒径分布窄、具有核壳结构、超顺磁性、亲水性和含环氧基团的高分子聚合物珠状载体。

背景技术

生物酶直接作为催化剂存在着许多不足：在高温、强酸、强碱和有机溶剂中不稳定，容易丧失催化活性；生物酶回收困难，经济上不合理，还造成产物分离、提纯困难，严重影响产品性能，生产过程难以实现连续操作，只能一次性间歇操作。固定化酶克服了生物酶的以上不足，保持了生物酶特有的催化特性，提高了操作稳定性，生产过程易于实现连续操作，反应完成后易于与产物分离而且可以多次反复使用，所得的产品纯度高，生产成本低，因此，酶的固定化一直是生物化学、催化化学和材料化学等领域的关注热点。

酶的固定化技术是使生物酶催化剂得到更广泛且有效利用的一个重要手段，包括以下三个方面的技术：①原酶的提取和纯化；②固定化载体的制备；③酶的固定化。目前生物酶的提纯技术和固定化方法的研究已相对成熟，固定化酶的成功大多依靠固定化载体的性能。设计、合成性能优异且表面性质和结构可控的固定化载体，以及工艺过程简单、操作方便、生产成本低和适合于大规模生产的固定化载体制备方法，仍是生物酶固定化技术研究的重要内容。

含环氧基团的高分子聚合物微球，其表面的环氧基团能够在室温条件下开环与酶分子反应形成共价键，从而在十分温和的条件下实现酶的固定化，这种借助于环氧基团使酶固定于载体表面，不仅操作简便，而且固定化过程对酶活力损失也很小，因而十分适合于工业化固定化酶的生产。

磁性聚合物微球是近二十年来发展起来的一种新型功能高分子材料，微球表面可以引入多种反应性功能基团，也可以通过共价键来结合酶、细胞、抗体等生物活性物质；在外加磁场的作用下，磁性载体可以迅速从反应体系中收集分离，撤去外加磁场则可以重新分散，因此，在酶固定化、免疫检测、细胞分离、靶向药物等领域有着广泛的应用前景。

美国专利US4339337公开了一种用悬浮聚合技术制备乙烯基芳香族聚合物的磁性微球的方法。在强烈搅拌下，将亲油化处理的磁性Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃颗粒、亲油性的乙烯基芳香族单体和油溶性引发剂组成的油相均匀分散在含表面活性剂的水相中，用悬浮聚合技术制备了亲油性的磁性聚合物微球，但该磁性聚合物微球不适合于水溶性生物酶的固定化，得到的固定化酶性能较差，而且粒径分布较宽、磁性颗粒含量较低(0.9～2.7％)。

中国专利CN1473558A公开了复合功能超微磁性载体粒子及其制备方法。它是三层核壳结构的络合物，第一层为Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃，第二层为多糖及其衍生物或聚乙二醇，第三层为生物活性功能制剂，通过利用物理凝聚法与化学键合法在超微磁性载体粒子表面包覆生物活性功能制剂，主要用于药物局部治疗与诊断载体系统的制备。

中国专利CN1566169A公开了一种超顺磁性聚合物微球的制备方法及其装置。通过该发明的悬浮聚合反应装置的丝网筛板振动，将油溶性聚合物单体、油溶性引发剂和油基磁性Fe₃O₄纳米颗粒组成的油相均匀分散在含稳定剂(聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮)的水相中，用悬浮聚合技术制备了亲油性的超顺磁性聚合物微球，但该磁性聚合物微球不适合于水溶性生物酶的固定化，得到的固定化酶性能较差。

中国专利CN101085874A公开了一种亲水性聚合物磁性微球及其制备方法和用途。用甲酰胺分散超顺磁性Fe₃O₄磁粉制备磁流体，与亲水性单体混合组成聚合相，搅拌下分散于含有稳定剂的疏水性有机溶剂形成悬浮相，用反相悬浮聚合技术制备了亲水性聚合物磁性微球。用上述磁性微球制备的固定化青霉素酰化酶的最高表观活性可达795IU/g(37℃，载体干重)，相当于205IU/g(28℃，载体湿重)。但该发明的制备方法存在着硬脂酸钙稳定剂洗涤困难和聚合物磁性微球机械强度低等缺点，严重影响了固定化酶的表观活性和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水溶性生物酶固定化的粒径分布窄、具有核壳结构、超顺磁性、亲水性和含环氧基团的聚合物微球及其制备方法。

本发明以亲水性的纳米级磁性颗粒为磁性材料，以乙烯基化合物为功能性单体，以复合表面活性剂为分散剂，用反相悬浮聚合技术制备所述的磁性聚合物微球，包括如下步骤：